加速度计数据采集与温度补偿技术研究

发布时间：2017-04-01 18:06

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【摘要】： 本文以高精度惯导系统的研制开发为应用背景,基于测试计量技术与仪器精度理论,对惯导系统中关键元件加速度计的测量精度及其数据采集系统中的相关问题进行了研究。 首先,基于欧拉角,分析了加速度计静态误差数学模型;基于反馈回路原理,分析了输出加速度误差模型。同时,还分析了石英挠性加速度计基本原理。以此为理论基础,研究了加速度计输出信号中误差的成因。通过对加速度计输出信号特征的研究并基于数据采集基本理论,设计完成加速度计数据采集系统,此系统由硬件电路与相应软件程序两部分组成。 惯导系统是测量载体运动姿态与速度的一种高精度测量仪器,任何温度波动都会对其工作状态产生影响,致使系统测量结果带有由温度引起的误差,进而导致系统测量精度下降。本文研究了温度变化引起放大电路和ADC中误差漂移的相关问题,采用可以有效抑制温度漂移的失调电压校正解决方法。通过分析存在于采集电路系统各个电路单元的电路噪声和温度变化引起的温度漂移,提出对数据采集电路进行整体温度误差补偿的解决方法。 分析了加速度计工作时的自加热效应及由此产生的温度场对加速度计输出精度的影响。将温度变量引入到加速度计的静态误差数学模型中,使其成为能够对应于温度变化的温度误差数学模型。在此基础上,设计了用于对温度模型中的参数进行估计的具体测试与数据处理方案。 结合测试技术与数据处理基本理论,对试验数据加以详尽分析,探讨了仪器测量精度与测量误差等相关问题。对比分析了线性补偿方法和基于正交多项式补偿的非线性补偿方法的温度补偿效果。
【关键词】：惯性导航 加速度计 数据采集 温度补偿 数据拟合 测试计量
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH824.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题的研究背景11-12
• 1.2 课题所涉及关键技术12-16
• 1.2.1 加速度计12-13
• 1.2.2 数据采集与Sigma-Delta数据转换技术13-15
• 1.2.3 温度补偿技术15-16
• 1.3 课题意义16
• 1.4 课题研究主要内容16-18
• 第2章 加速度计输出误差模型18-29
• 2.1 惯性元件的误差模型综述18-19
• 2.2 加速度计的静态误差数学模型19-26
• 2.2.1 欧拉角19-20
• 2.2.2 加速度计的静态误差数学模型20-26
• 2.3 挠性加速度计基本原理26-28
• 2.3.1 组成和原理26-27
• 2.3.2 基于反馈回路的数学模型27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 数据采集电路硬件设计与性能分析29-55
• 3.1 数据采集系统工作原理29
• 3.2 数据采集系统各单元电路设计29-34
• 3.2.1 放大及滤波设计29-31
• 3.2.2 模数转换电路设计31-33
• 3.2.3 并串转换电路设计33-34
• 3.3 数据采集系统软件设计34-35
• 3.4 电路性能分析35-54
• 3.4.1 放大器输入误差分析35-45
• 3.4.2 ADC性能分析45-52
• 3.4.3 电源与电压参考源52-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 加速度计温度误差补偿方法研究55-63
• 4.1 石英挠性加速度计的误差源55
• 4.2 石英挠性加速度计温度效应55-57
• 4.2.1 石英挠性加速度计自加热55-56
• 4.2.2 由自加热和对流产生的温度梯度场56-57
• 4.3 石英挠性加速度计温度补偿结构的设计57-59
• 4.3.1 力矩器热敏磁分路补偿法57-58
• 4.3.2 电路补偿法58-59
• 4.3.3 改善加速度计工作环境温度59
• 4.4 温度模型的建立59-61
• 4.4.1 单温度点的系数估计59-61
• 4.4.2 多温度点的系数估计61
• 4.5 正交多项式拟合61-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第5章 测试与试验数据分析63-76
• 5.1 测试与数据处理基本方法63-66
• 5.1.1 测量方法误差63-64
• 5.1.2 插值法64
• 5.1.3 数据拟合法64-66
• 5.2 仪器使用与系统标定66-67
• 5.2.1 仪器使用几点考虑66-67
• 5.2.2 数据采集系统的标定67
• 5.3 测试数据分析67-75
• 5.3.1 放大电路温度试验67-68
• 5.3.2 硬件电路温度补偿68-72
• 5.3.3 加速度计温度漂移测试与温度误差补偿72-75
• 5.4 本章小结75-76
• 结论76-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果81-82
• 致谢82

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 岳春峰;于化东;段凤阳;许金凯;李小龙;;单轴加速度计信息采集系统设计[J];光机电信息;2010年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 王爽;光纤陀螺寻北系统误差研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 王博;单陀螺多加速度计惯性测量系统设计及实验研究[D];中北大学;2011年

3 郭航航;地形联测车组合导航系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2012年

4 房希睿;舰载捷联惯性导航系统平台虚拟仿真实验环境的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2012年

5 梁宇恒;高精度数据采集及DSP+FPGA高速信号处理硬件系统设计[D];西安电子科技大学;2012年

  本文关键词：加速度计数据采集与温度补偿技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：281040